Precision measurements by the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station of the primary cosmic-ray electron flux in the range 0.5 to 700 GeV and the positron flux in the range 0.5 to 500 GeV are presented. The electron flux and the positron flux each require a description beyond a single power-law spectrum. Both the electron flux and the positron flux change their behavior at ∼30 GeV but the fluxes are significantly different in their magnitude and energy dependence. Between 20 and 200 GeV the positron spectral index is significantly harder than the electron spectral index. The determination of the differing behavior of the spectral indices versus energy is a new observation and provides important information on the origins of cosmic-ray electrons and positrons.

A precision measurement by AMS of the antiproton flux and the antiproton-to-proton flux ratio in primary cosmic rays in the absolute rigidity range from 1 to 450 GV is presented based on 3.49×10^{5} antiproton events and 2.42×10^{9} proton events. The fluxes and flux ratios of charged elementary particles in cosmic rays are also presented. In the absolute rigidity range ∼60 to ∼500 GV, the antiproton p[over ¯], proton p, and positron e^{+} fluxes are found to have nearly identical rigidity dependence and the electron e^{-} flux exhibits a different rigidity dependence. Below 60 GV, the (p[over ¯]/p), (p[over ¯]/e^{+}), and (p/e^{+}) flux ratios each reaches a maximum. From ∼60 to ∼500 GV, the (p[over ¯]/p), (p[over ¯]/e^{+}), and (p/e^{+}) flux ratios show no rigidity dependence. These are new observations of the properties of elementary particles in the cosmos.

Knowledge of the rigidity dependence of the boron to carbon flux ratio (B/C) is important in understanding the propagation of cosmic rays. The precise measurement of the B/C ratio from 1.9 GV to 2.6 TV, based on 2.3 million boron and 8.3 million carbon nuclei collected by AMS during the first 5 years of operation, is presented. The detailed variation with rigidity of the B/C spectral index is reported for the first time. The B/C ratio does not show any significant structures in contrast to many cosmic ray models that require such structures at high rigidities. Remarkably, above 65 GV, the B/C ratio is well described by a single power law R^{Δ} with index Δ=-0.333±0.014(fit)±0.005(syst), in good agreement with the Kolmogorov theory of turbulence which predicts Δ=-1/3 asymptotically.

The Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) is a precision particle physics detector on the International Space Station (ISS) conducting a unique, long-duration mission of fundamental physics research in space. The physics objectives include the precise studies of the origin of dark matter, antimatter, and cosmic rays as well as the exploration of new phenomena. Following a 16-year period of construction and testing, and a precursor flight on the Space Shuttle, AMS was installed on the ISS on May 19, 2011. In this report we present results based on 120 billion charged cosmic ray events up to multi-TeV energies. This includes the fluxes of positrons, electrons, antiprotons, protons, and nuclei. These results provide unexpected information, which cannot be explained by the current theoretical models. The accuracy and characteristics of the data, simultaneously from many different types of cosmic rays, provide unique input to the understanding of origins, acceleration, and propagation of cosmic rays.

We report the observation of new properties of primary cosmic rays He, C, and O measured in the rigidity (momentum/charge) range 2 GV to 3 TV with 90×10^{6} helium, 8.4×10^{6} carbon, and 7.0×10^{6} oxygen nuclei collected by the Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) during the first five years of operation. Above 60 GV, these three spectra have identical rigidity dependence. They all deviate from a single power law above 200 GV and harden in an identical way.

Precision measurements of cosmic ray positrons are presented up to 1 TeV based on 1.9 million positrons collected by the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station. The positron flux exhibits complex energy dependence. Its distinctive properties are (a) a significant excess starting from 25.2±1.8 GeV compared to the lower-energy, power-law trend, (b) a sharp dropoff above 284+91−64 GeV, (c) in the entire energy range the positron flux is well described by the sum of a term associated with the positrons produced in the collision of cosmic rays, which dominates at low energies, and a new source term of positrons, which dominates at high energies, and (d) a finite energy cutoff of the source term of Es=810+310−180 GeV is established with a significance of more than 4σ. These experimental data on cosmic ray positrons show that, at high energies, they predominantly originate either from dark matter annihilation or from other astrophysical sources.Received 21 October 2018Revised 4 December 2018DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.041102Published by the American Physical Society under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license. Further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the published article's title, journal citation, and DOI.Published by the American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasCosmic ray composition & spectraCosmic ray propagationCosmic ray sourcesParticle astrophysicsParticle dark matterGravitation, Cosmology & Astrophysics

We report on the observation of new properties of secondary cosmic rays Li, Be, and B measured in the rigidity (momentum per unit charge) range 1.9 GV to 3.3 TV with a total of 5.4×10^{6} nuclei collected by AMS during the first five years of operation aboard the International Space Station. The Li and B fluxes have an identical rigidity dependence above 7 GV and all three fluxes have an identical rigidity dependence above 30 GV with the Li/Be flux ratio of 2.0±0.1. The three fluxes deviate from a single power law above 200 GV in an identical way. This behavior of secondary cosmic rays has also been observed in the AMS measurement of primary cosmic rays He, C, and O but the rigidity dependences of primary cosmic rays and of secondary cosmic rays are distinctly different. In particular, above 200 GV, the secondary cosmic rays harden more than the primary cosmic rays.

Precision measurements by the Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) on the International Space Station of the deuteron (D) flux are presented. The measurements are based on 21×106 D nuclei in the rigidity range from 1.9 to 21 GV collected from May 2011 to April 2021. We observe that over the entire rigidity range the D flux exhibits nearly identical time variations with the p, He3, and He4 fluxes. Above 4.5 GV, the D/He4 flux ratio is time independent and its rigidity dependence is well described by a single power law ∝RΔ with ΔD/He4=−0.108±0.005. This is in contrast with the He3/He4 flux ratio for which we find ΔHe3/He4=−0.289±0.003. Above ∼13  GV we find a nearly identical rigidity dependence of the D and p fluxes with a D/p flux ratio of 0.027±0.001. These unexpected observations indicate that cosmic deuterons have a sizable primarylike component. With a method independent of cosmic ray propagation, we obtain the primary component of the D flux equal to 9.4±0.5% of the He4 flux and the secondary component of the D flux equal to 58±5% of the He3 flux. Published by the American Physical Society 2024